摘 要 針對機務(wù)院校學員及課程特點，在課程教學實施中提出雙向五步式教學法，以應(yīng)用為牽引，以傳感器的五個環(huán)節(jié)為載體，培養(yǎng)學員解決工程問題的能力、獲取新知識的能力，使其具備較好的專業(yè)素養(yǎng)和較強的探索、創(chuàng)新精神。

關(guān)鍵詞 雙向五步式 傳感器 教學改革

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2013）11-0007-02

“傳感器原理與應(yīng)用”是測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科的主要課程。任務(wù)是向?qū)W員介紹各類傳感器的基本原理、結(jié)構(gòu)及典型應(yīng)用電路，對學員掌握航空檢測設(shè)備和計量標準裝置的計量、維護保養(yǎng)的基本技能等專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)起著重要作用。但由于課程及學員自身特點，傳統(tǒng)教學效果不理想，其原因如下。

一、教學對象及課程特點分析

（一）課程特點分析

課程的知識體系特點決定了課程實施具有一定的難度。

1. 教學內(nèi)容種類多、涉及廣

課程內(nèi)容從傳統(tǒng)的電位器、應(yīng)變片、電容、電感等傳感器，到較新的數(shù)字、智能等傳感器，共計二十余總、幾十余類，各傳感器又分別涉及力學、電學、電子、計算機、磁學、光學、聲學、熱學、化學、生物學等多學科知識，所需前修課程的基礎(chǔ)知識較多，且知識既有系統(tǒng)的理論推導，又有一般的定性分析，理論性較強，比較枯燥，難以理解，不便組織實施教學。

2. 教學內(nèi)容聯(lián)系不緊密

一方面，對每一種傳感器學習時，如果按照教材順序及邏輯實施，學習傳感器的“原理”“結(jié)構(gòu)”及“電路”，了解其“特性”及“應(yīng)用”，這五部分內(nèi)容之間的聯(lián)系不緊密，相互關(guān)系闡述不夠，且整個過程是平鋪直敘的模式，沒有分析這五個環(huán)節(jié)有什么內(nèi)在聯(lián)系，很難引起學員的學習興趣，教學效果不理想，更難達到培養(yǎng)學員專業(yè)素質(zhì)的目的。另一方面，幾十種傳感器之間內(nèi)容相對比較孤立，不具有延續(xù)性，不利于每次課之間的組織銜接，同樣不利于學員學習理解。

（二）教學對象分析

我院作為航空機務(wù)院校，學員相對于地方高校學生，具有以下兩個特點要求。

1. 第一任職明確，教學應(yīng)具有航空機務(wù)針對性

學員的培養(yǎng)目標以及學員第一任職的明確性，決定了課程在實施過程中除了培養(yǎng)學員的專業(yè)能力的基礎(chǔ)上，在使用系統(tǒng)性、科學性較好的地方教材的基礎(chǔ)上，需要在教學內(nèi)容上根據(jù)任職需求添加航空機務(wù)實際內(nèi)容，以加強航空機務(wù)工作的針對性，為學員將來的任職打下一定的基礎(chǔ)。

2. 紀律性強，但知識基礎(chǔ)、主動性相對較弱

學員是由基層部隊考入軍校，組織紀律性強，但是其學科專業(yè)基礎(chǔ)相對較弱，習慣于講授式教學，學習主動性一般不高，不關(guān)心自己要學會什么，掌握怎樣的技能，培養(yǎng)哪些專業(yè)能力。

因此，需在課程實施中梳理傳感器各環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，找到其因果關(guān)系，采用合適的教學方法，將各個環(huán)節(jié)有機的組合開展教學，以實現(xiàn)既符合軍校學員特點，又能夠達到培養(yǎng)學員的專業(yè)能力，對學員的專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)起支撐作用的目標。

為此在課程近年的實施中提出“雙向五步式”教學法，其思路是以應(yīng)用為牽引，以傳感器的五個環(huán)節(jié)為載體，在知識的傳授中培養(yǎng)學員分析、解決工程實際問題的能力和獲取新知識的能力，使其具備較好的專業(yè)素養(yǎng)和較強的創(chuàng)新精神，促進其人格成長，其具體實施包括以下兩個大的方面。

二、采用模擬設(shè)計的方法，培養(yǎng)工程應(yīng)用能力

“教育的成功與否，在于學生將課本知識遺忘之后，還留下什么素質(zhì)”。教學的目的之一是培養(yǎng)學員的專業(yè)素養(yǎng)，即一定的檢測工程領(lǐng)域的應(yīng)用能力。一個檢測問題的解決，從理論層面上主要包括兩個步驟：首先為傳感器的選型，其次為后續(xù)檢測單元模塊的設(shè)計，因此，在教學過程中，從“應(yīng)用”著手，即從實際的檢測需求引入，采用模擬設(shè)計的方法，達到培養(yǎng)學員工程應(yīng)用能力的目的，具體內(nèi)容及步驟包括：

（一）以“應(yīng)用”始，提出檢測問題

每種傳感器的引入都以具體檢測問題入手，首先提出檢測問題，激發(fā)學員學習興趣，使學員能認識到該種類傳感器的重要性。根據(jù)我院為航空機務(wù)院校的特點，應(yīng)用實例首選航空檢測問題，其次為生產(chǎn)、生活中的問題。例如，以某型飛機進氣道調(diào)節(jié)錐的錐位控制為例，提出如何對調(diào)節(jié)錐的位移實時檢測的問題，引入電位器式傳感器教學，以飛機油量測量問題，引入電容傳感器等等。

（二）根據(jù)檢測問題，分析“特性”要求

第二步就是問題的深化，即在分析相應(yīng)的檢測需求基礎(chǔ)上，進一步提出該檢測問題對傳感器的特性有哪些要求。例如，數(shù)控機床位移精確控制問題，所用位移傳感器應(yīng)具有高分辨力、大量程的特性；飛機強度及疲勞檢測問題，需要使用結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟可靠、準確度及靈敏度高的應(yīng)變傳感器等等。

（三）學習傳感器“原理、結(jié)構(gòu)”，實現(xiàn)傳感器的選型

明確特性需求后，應(yīng)引領(lǐng)學員分析決定傳感器特性的因素就是其“原理”及依據(jù)原理制作出傳感器的“結(jié)構(gòu)”，因此通過學習傳感器的原理及結(jié)構(gòu)，從而完成傳感器的模擬選型工作。例如，數(shù)控機床中位移測量中提出高分辨力、大量程的特性要求后，將問題進一步細化為：1.如何利用光柵測量位移→學習單光柵測量位移原理，2.如何解決高分辨力的問題→學習莫爾條紋、莫爾條紋細分，3.如何解決大量程的問題→根據(jù)被測位移和計數(shù)次數(shù)成線性關(guān)系由需要延長光柵尺寸，通過三個問題的解決，完成光柵傳感器原理及結(jié)構(gòu)的學習及傳感器選型。

（四）完善配套“電路”，完成檢測單元模塊設(shè)計

最后配合相應(yīng)的特征調(diào)理、處理電路，即完成檢測單元模塊的虛擬設(shè)計，實現(xiàn)檢測功能，從而解決最初提出的應(yīng)用問題。

以上五個步驟為“雙向五步式”教學法中的反向，即以工程“應(yīng)用”實例引入，將五個步驟有機的聯(lián)系在一起，并在問題分析過程始終貫穿解決檢測問題的選型、檢測功能實現(xiàn)的思路，從而達到培養(yǎng)學員的工程應(yīng)用能力的目的。

三、以知識為載體、教學實施為過程，培養(yǎng)學員的學習能力及探索精神

“教育是幫助被教育的人，給他們能發(fā)展自己的能力，完成他的人格”。教學的目的是傳授知識，在此基礎(chǔ)上更有意義的是以知識為載體，以教學實施為過程，培養(yǎng)學員的學習能力及探索精神。

傳感器學科知識的認知規(guī)律及過程是相通的，仍蘊含在從“原理”到“應(yīng)用”五步中，以電阻應(yīng)變片式傳感器的學習為例，這五步劃分及具體內(nèi)容闡述如下。

（一）發(fā)現(xiàn)某種現(xiàn)象，對現(xiàn)象研究分析總結(jié)其規(guī)律，探索得到其“原理”

1856年英國工程師在鋪設(shè)海底電纜時發(fā)現(xiàn)電纜的電阻值隨海水的深度不同而不同，并在此基礎(chǔ)上通過對銅絲和鐵絲拉伸試驗后總結(jié)出了三條結(jié)論，歸納為電阻應(yīng)變效應(yīng)。

（二）根據(jù)原理依據(jù)需求，使用各種工藝制成相應(yīng)的傳感器器件“結(jié)構(gòu)”

根據(jù)工程中需求，需要測量某一點的應(yīng)變，因此測量用金屬絲不能過長，且較細，需將金屬絲繞制成柵狀，并輔以基片和保護層構(gòu)成應(yīng)變片。

（三）傳感器的原理及結(jié)構(gòu)共同決定了其“特性”

電阻應(yīng)變效應(yīng)決定了應(yīng)變片簡單、經(jīng)濟、可靠、測量范圍寬等特性，同時正是應(yīng)變片的敏感柵結(jié)構(gòu)具有橫向彎頭部分，使整個應(yīng)變片在承載時既受縱向應(yīng)變又受橫向應(yīng)變影響，從而產(chǎn)生不利的橫向效應(yīng)。

（四）配合后續(xù)功能“電路”實現(xiàn)檢測功能

配合交直流電橋?qū)崿F(xiàn)溫度補償，并將應(yīng)變片輸出的小電壓調(diào)理放大到宏觀可用。

（五）傳感器的特性決定了傳感器的“應(yīng)用”領(lǐng)域

應(yīng)變片的特性決定了它在工程中各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，除了測量力以外，還廣泛應(yīng)用于壓力、扭矩、位移、加速度等各種量的測量。

通過這五步的劃分及實施，清晰的闡明了傳感器的幾個環(huán)節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系，并且這五步中蘊含了前人“發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題”的思路。因此，在五步實施過程中的每一步中應(yīng)通過剖析、揭示前人的探索過程，培養(yǎng)學員的這種解決問題的能力、培育其創(chuàng)新精神和探索精神。

以上五個步驟為“雙向五步式”教學法中的正向，通過正向的五步學習潛移默化的培養(yǎng)了學員發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，初步概括能力、自學能力及探究精神。

四、結(jié)束語

通過“雙向五步式”的教改實踐，增強了學員學習的目的性、積極性，較好的培養(yǎng)了學員的工程應(yīng)用能力與學習能力，達到了培養(yǎng)學員創(chuàng)新精神和探索精神的目的。

幾年來教改實施取得了良好的效果：1.學員每年的評教、評學滿意度逐漸提高；2.教員的教學水平逐年提高，“光柵傳感器”一課獲學院教法競賽一等獎；3.在學院每年授課質(zhì)量的評定中授課質(zhì)量均為優(yōu)或良。

參考文獻：

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（責任編輯 易 凡）